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含孔隙复合材料的强度分析研究

梁少旭  
【摘要】:碳纤维复合材料已经在航空航天领域获得了广泛应用,随着现代先进复合材料以及成型技术的发展,碳纤维复合材料在汽车、制造、建筑、船舶等民用工业领域也开始崭露头角。碳纤维复合材料在固化成型过程中,由于预浸料夹杂的空气、多余溶剂的挥发以及基体在化学反应后产生的挥发物等原因,造成成型材料中不可避免的含有孔隙。孔隙的存在会对碳纤维复合材料的力学性能产生很大的影响,因此研究分析碳纤维复合材料孔隙含量的变化及其对材料力学性能的影响,具有重要的工程实际意义。 本文通过理论和试验对具有不同孔隙含量的碳纤维复合材料层压板的强度进行分析研究。具体研究工作如下: (1)简单介绍了复合材料的成型工艺、孔隙缺陷产生的原因和测量方法,着重介绍了国内外学者对影响孔隙含量因素的试验研究以及孔隙含量对复合材料力学性能影响的试验研究与理论分析。 (2)通过试验,研究了固化压力对碳纤维复合材料层压板孔隙含量和超声衰减的影响,建立了孔隙含量与超声波衰减之间的关系式。 (3)建立了基于均匀化方法的含孔隙碳纤维复合材料单向板有限元分析模型,通过该模型计算分析了孔隙含量及形状对复合材料单向板拉伸模量的影响;采用累积损伤分析方法和该有限元模型,计算分析了孔隙含量复合材料单向板拉伸强度的影响。单向板拉伸模量及拉伸强度的理论与试验对比表明,本文建立的分析模型及采用的分析方法是合理有效的。 (4)对具有不同孔隙含量的碳纤维复合材料层合板进行了静强度拉伸和压缩试验研究。试验得到了层合板的拉伸模量、拉伸强度以及压缩模量和压缩强度,分析了孔隙含量对层合板拉伸性能以及压缩性能的影响,并讨论了产生这种影响的原因。


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